SuperMeQ illustration
​På vänster sida visar bilden två olika experimentella plattformar som kommer att användas i SuperMeQ för att realisera mekaniska resonatorer: konstruerade mikromekaniska resonatorer och en magnetiskt svävande mikropartikel på ett chip. Var och en av dessa mekaniska resonatorplattformar är kopplade till en supraledande krets.
​Illustration: Yen Strandqvist

MC2 koordinerar nya europeiska kvantteknologiprojektet SuperMeQ

​Witlef Wieczorek, docent vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap, har tillsammans med kollegor från fyra europeiska lärosäten fått projektet "SuperMeQ" finansierat inom EU Basic Science for Quantum Technologies-utlysningen.
– Vi ser förstås fram emot att göra SuperMeQ till en framgång och att tillsammans angripa viktiga problem i den grundläggande vetenskapen som ligger till grund för kvantteknologin, säger Witlef Wieczorek, som kommer att koordinera projektet.
​Kvantteknologin kommer att förändra den digitala tekniken. Detta har lett till starkt globalt stöd för forsknings- och innovationsåtgärder inom kvantområdet, såsom European Quantum Technology Flagship och, i Sverige, Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT).

Hittills kan kvantkontroll utövas över bland annat atomer, joner, fotoner och supraledande kretsar. Dessa fysiska system stödjer den nuvarande utvecklingen samt den mer kortsiktiga implementeringen av sofistikerad kvantteknologi.

SuperMeQ-projektet kommer att inriktas på ett fysiskt system som först nyligen har lagts till kvanthårdvaran: rörelsefrihetsgraden hos mekaniska resonatorer *.

– Den så kallade masscentrumrörelsen* hos mekaniska resonatorer är känslig för yttre krafter och accelerationer, och därför kan den ge möjlighet för forskare att utforska nya sorts teknologier, säger Witlef Wieczorek. Det kan till exempel handla om att upptäcka den svaga gravitationskraften mellan små föremål, eller potentiella kandidater för mörk materia. Det kan i sin tur leda till utveckling av nya kvantsensorer som skulle överträffa de konventionella avkänningsmetoder som används i dag.

Experimentell idé kan ge nya vetenskapliga upptäckter

Det är vedertaget i forskningen att varje kvantfördel hämmas av dess oönskade, oundvikliga och i hög grad okontrollerbara koppling till den omkringliggande miljön, vilket resulterar i dekoherens * och förlusten av själva kvanttillståndet. Witlef Wieczorek förklarar att SuperMeQ kommer att minimera dekoherensen genom en experimentell idé.

– Vi kommer att låta en supraledande mikropartikel sväva i ett vakuum. Detta experimentella arrangemang kommer att minimera de kända källor till dekoherens som finns i dag. Däremot kan SuperMeQ stöta på oväntade eller okonventionella källor till dekoherens som vi inte känner till i dag, vilket skulle vara väldigt värdefulla relevanta vetenskapliga fynd.

En nyckel i SuperMeQ är kopplingen av masscentrumrörelsen hos de mekaniska resonatorerna till supraledande kvantkretsteknologier. Denna experimentella arkitektur kommer att tillåta Witlef Wieczorek och hans kollegor att utöva kvantkontroll över de mekaniska resonatorerna.

Utforska sätt att öka kopplingsstyrkan

– Det är viktigt att denna koppling är tillräckligt stark för att kunna generera kvanttillstånd i de mekaniska resonatorerna, säger han. Ett annat stort fokus för SuperMeQ är därför att utforska sätt att öka denna kopplingsstyrka. Till den här delen av projektet kommer vi att utveckla speciellt konstruerade magnetiska eller supraledande mikromekaniska resonatorer och utnyttja induktiva kopplingsscheman, som kan överträffa de konventionellt använda kopplingsscheman som används i dag, till exempel i supraledande kvantdatorer.

Forskarna strävar efter att bidra till att bredda vår förståelse av gränser för kvantkontroll. Som exempel sätter dekoherens och kopplingsstyrka båda gränser för kvantkontroll och kan därför hindra en bred spridning av kvantteknologier.

– SuperMeQ kommer att bidra till en bättre förståelse av dekoherensmekanismer för mer makroskopiska objekt, vilket är av grundläggande vetenskapligt intresse, säger Witlef Wieczorek. Dessutom strävar vi efter att lägga grunden för utvecklingen av nästa generations kvantsensorer baserade på mekaniska resonatorer, som kan få tillämpningsområden såväl inom grundläggande forskning som inom tekniska tillämpningar.

Om SuperMeQ

SuperMeQ är ett EU-projekt som omfattar åtta forskningsledare och deras grupper från fem europeiska partners: Chalmers, Österrikes vetenskapsakademi, Walther-Meissner-Institute i Tyskland, Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland, samt Universidade Autonoma de Barcelona (Spanien).

Projektet koordineras av Witlef Wieczorek, witlef.wieczorek@chalmers.se, docent vid Chalmers, startade 1 oktober och pågår i fyra år.

Ordlista

Mekanisk resonator: En anordning som utnyttjar mekaniska vibrationer. Det kan till exempel röra sig om spetsen i ett atomkraftmikroskop. Även en musiktrumma är i grunden en mekanisk resonator.
Masscentrumrörelse: Masscentrumrörelsen hos en mekanisk resonator kan jämföras med ett barns rörelse på en gunga; gungan rör sig fram och tillbaka runt sitt massacentrum. I SuperMeQ använder kommer forskarna att använda rörelsen i centrum av en svävande partikel, som rör sig fram och tillbaka i en magnetfälla. Även masscentrumrörelsen hos atomkraftmikroskopliknande mekaniska resonatorer kommer att användas.
Dekoherens: Processen som gör att ett kvanttillstånd, till exempel en superposition eller en kvantsammanflätning sönderfaller och kollapsar. Resultatet är i de flesta fall en förlust av eventuella kvantfördelar.
Kavitet: Ett hålrum som begränsar mikrovågsfotoner inom ett fast rumsligt område. Det kan ses som att mikrovågsfotonerna studsar fram och tillbaka och på så sätt möjliggör en starkare interaktion mellan fotonerna och, i vårt fall, masscentrumrörelsen hos de mekaniska resonatorerna som används i projektet.

Text: Robert Karlsson
Illustration: Yen Strandqvist

Sidansvarig Publicerad: ti 15 nov 2022.